CN102983629A - 一种在线电力***恢复辅助决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线电力***恢复辅助决策方法，该方法包括下述步骤：读取电网初始数据；模拟环境设置；选择黑启动电源；生成黑启动恢复路径；对基于最优恢复路径的电网进行恢复；计算结果管理。该***及其方法充分利用调度自动化***中已存在的遥信、遥测及电网拓扑信息等实时数据，快速生成电力***恢复路径及恢复方案，在电力***大停电事故发生后辅助调度运行人员进行***恢复操作，最大程度地缩短停电时间，减小停电带来的损失，对国民经济稳定具有重要作用，并且最大程度减轻调度人员的工作强度及工作压力。

Description

一种在线电力***恢复辅助决策方法

技术领域

本发明涉及电力***领域，具体涉及一种在线电力***恢复辅助决策方法。

背景技术

近年来，随着越来越多的新技术、新设备投入电力***，在提高电力***运行能力和效率的同时，也为***的安全与稳定带来巨大挑战。局部电网的个别问题，若处理不当极易扩大影响范围，甚至酿成大面积的停电。如何在电网发生大停电事故后，快速恢复供电，具有十分重要的意义。

当前，国内外电力***黑启动的通常做法是由有经验的调度运行专家根据***的具体情况事先研究制定出可行的黑启动预案，或通过离线***计算出可行的黑启动预案，帮助调度人员在***停电时恢复***运行。但恢复过程中的突发事件和一些不可控因素还有可能使事先制定的部分规程不再适用，导致黑启动过程的中断、延误甚至失败。

智能型调度的最大特点就是调度支持***具有相当高的智能化水平，以及良好的适应性和交互性。具备自适应能力的在线电力***恢复辅助决策技术可随时根据恢复过程中的***状态，对恢复策略进行快速调整，适应各种意外变化，最大程度地减轻调度人员的工作强度，提高电力***调度的自动化水平。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种在线电力***恢复辅助决策方法，该方法体现电力***恢复辅助决策的快速性、准确性和可靠性，充分利用调度自动化***中已存在的遥信、遥测及电网拓扑信息等实时数据，快速生成电力***恢复路径及方案，可在电力***大停电事故发生后辅助调度运行人员进行***恢复操作，最大程度地缩短停电时间，减小停电带来的损失，对国民经济稳定具有重要作用，并且最大程度减轻调度人员的工作强度及工作压力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种在线电力***恢复辅助决策方法，所述电力***恢复辅助决策包括实时模式和研究模式；所述实时模式是指从基础信息平台获得电力***发生大停电事故后的实时电网状态；所述研究模式是指在初始数据读取的基础上人工设定模拟的停电运行状态；

其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、读取电网初始数据；

B、模拟环境设置；

C、选择黑启动电源；

D、生成黑启动恢复路径；

E、基于最优恢复路径的对整个电网进行恢复；

F、计算结果管理。

其中，所述步骤A中，采用初始数据读取模块读取电网初始数据；所述初始数据包括实时运行断面数据、历史运行断面数据和未来方式断面数据。

其中，读取的实时运行断面数据反映实时电网模型运行状态；所述实时运行断面数据从状态估计读取实时电网模型，用于分析统计当前电网的运行方式，或作为模拟环境设置的基础断面。

其中，读取的历史运行断面数据反映历史电网模型运行状态；从保存的历史数据事件中获取电网历史运行断面数据，作为分析断面。

其中，读取的未来方式断面数据反映未来电网模型运行状态；读取检修计划数据，在当前实时数据断面的基础上根据检修计划、负荷预测数据设置生成未来方式数据断面，用于分析检修计划造成的电网运行方式。

其中，所述步骤B中，采用模拟环境设置模块对模拟环境进行设置；所述模拟环境设置包含在电网研究模式下；是指在实时、历史或未来方式断面数据的基础上，对目标对象进行投切设置，获得模拟实际电网部分区域发生全停故障的状态，即黑启动路径生成所需的初始电网运行状态。

其中，所述模拟环境设置通过人机界面、以人机交互的方式实现；所述模拟环境设置包括下述方式：

a、设定地区全停方式：根据不同用户关注的不同范围，通过地区列表选定整体区域全停或局部电网停电；

b、主网架图设置方式：在电网主网架图上对电网状态进行设置；

c、元件与开关列表设置方式：对电气设备元件及开关的状态进行单独设置；电气设备元件的设置是对元件的投切进行选择，以表格的形式按类型列出电力***中电气设备元件；开关元件的设置是对开关的开合状态进行设置，以表格的形式列出电力***中所有开关元件的开合状态，并在表格中改变开关元件的开合状态。

其中，在模拟环境设置初始路径生成后，通过基态恢复功能使电网状态恢复到初始状态。

其中，所述步骤C中，采用黑启动电源选择模块选择黑启动电源；所述黑启动是指电力***因故障停运后，不依赖于外部电网，通过电力***中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组扩大电力***恢复的范围，实现电力***的恢复的过程；所述黑启动电源是指电力***因故障崩溃停运处于全“黑”状态时，不依赖外部电网，自身具有自启动能力的机组；所述黑启动电源包括水电机组、燃气轮机、轻型直流输电***、新能源发电、小机组主动解列为孤岛。

其中，所述步骤C中，所述选择黑启动电源包括：

（1）黑启动电源评估选取；

（2）黑启动电源规划。

其中，所述（1）中，根据评估指标实现黑启动评估选取；所述评估指标包括时间性指标、结构性指标、经济性指标和可靠性指标。

其中，所述时间性指标包括：

黑启动机组启动时间，单位为秒s；

黑启动机组的容量，单位为兆瓦MW；

最先被启动机组的电厂总容量，单位为兆瓦MW；

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次。

其中，所述结构性指标包括：

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次；

黑启动机组周围负荷密集度，单位为个。

其中，所述经济性指标包括黑启动设备全寿命周期成本，单位为万元。

其中，所述可靠性指标包括：黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数、黑启动电源成功开启的可靠性、被启动电源母线侧过电压倍数、黑启动初期小***频率偏离百分数和被启动电厂母线电压偏离百分数。

其中，若黑启动电源为电厂，对电厂技术特性和自励磁特性进行进一步校核；若黑启动电源是换流站，则不进行自励磁特性校核；若黑启动电源产生自励磁，重新选择黑启动电源。

其中，所述（2）中，黑启动电源规划采用数学模型表示，所述数学模型如下：

minf(X,Y,Z)

s.t.h_i(X,Y,Z)≤a_i

g_j(X,Y,Z)≥b_j

k_m(X,Y,Z)≤d_m

Z≥0,X≥0,Y≥0①；

其中：f(X,Y,Z)是目标函数，表示使用该黑启动电源改造的总社会成本；X为机组相关变量；Y为网络相关变量；Z为影响成本的环境因素；s.t.是指约束条件；其中，h_i(X,Y,Z)表示第一个约束：为电源建设的施工约束；a_i表示场地面积限值；g_j(X,Y,Z)表示第二个约束：为机组运行约束，表示黑启动电源的启动功率不小于当前时刻消耗的机组功率；b_j表示当前时刻消耗的机组功率；k_m表示第三个约束：为时间约束，即从其启动成功到被启动机组启动成功所要经历的最长时间约束不超过限值；d_m为时间限值。

其中，所述步骤D中，采用黑启动恢复路径自动生成模块生成黑启动恢复路径；确定从黑启动电源到选定的被启动电源之间的最优恢复路径，恢复对电力***中火电厂的供电，使其作为节点（节点指的是除黑启动电源和被启动电源之外的电厂、负荷以及变电站等）的启动电源。

其中，所述步骤D中，所述生成黑启动恢复路径包括下述步骤：

I、确定被启动电源；

II、采用初始路径搜索算法，获得从黑启动电源到被启动电源的可行电力路径；

III、筛选出通过可行性校验的电力路径；

IV、确定从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径，即为最优恢复路径。

其中，所述步骤I中，所述被启动电源采用火电机组。

其中，所述步骤II中，采用基于规则的初始路径搜索算法，获得从黑启动电源到被启动电源的可行电力路径。

其中，所述初始路径搜索算法遵循以下规则：

1）电压转换次数限制原则：控制黑启动过程中的电压转换次数；

2）路径长度限制原则：限制黑启动恢复路径长度；

3）厂站限制原则；

4）容量限定原则：被启动机组启动时所需的最小负荷小于启动机组的出力，并且恢复大容量的机组；

5）重要负荷优先原则；

6）时间最小原则：选择处于热备用状态的机组；

7）避免环路原则：在从启动机组到被启动机组的路径中不存在环路。

其中，所述步骤III中，所述可行性校验的检验项目包括：发电机自励磁校验、低频振荡校验、工频过电压校验、操作过电压校验和电压频率稳定性校验。

其中，所述步骤IV中，对通过可行性校验的所有黑启动恢复路径进行评估和排序，选出从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径；评估指标选择电压转换次数、路径长度、启动时间、被启动机组容量、技术校验优劣程度和被启动电源的优先等级，其中的技术校验优劣指标是对发电机自励磁、工频过电压倍数、操作过电压倍数、电压偏移、频率偏移归一化之后求和得到。

其中，所述步骤E中，采用电力***恢复模块对基于最优恢复路径的电网进行恢复；包括电力***中的变电站及输电线路的恢复；在恢复过程中优先启动包含重要负荷的节点，并且在电力***恢复过程中频率电压稳定。

其中，所述步骤E中，所述步骤E中，对基于最优恢复路径的整个电网进行恢复包括下述步骤：

i、启动重要负荷以及大负荷；（重要负荷和大负荷都是根据实际工况来选择）

ii、判断恢复所述重要负荷及大负荷后是否接近负载能力；（若接近负载能力，则调用背包优化算法，确定其他负荷的恢复顺序）

iii、调用背包优化算法，选择最优负荷；

iv、启动所述最优负荷，判断电力***频率电压是否稳定；（最优负荷指通过背包算法算出的，计算对其恢复供电是否满足电力***电压频率稳定性）

v、判断基于该最优恢复路径的电力***恢复是否完成；

vi、判断整个电力***最优恢复路径是否完成。

其中，所述步骤i中，所述重要负荷及大负荷根据实际工况定义。

其中，所述步骤ii中，若所述恢复重要负荷及大负荷后接近负载能力，则进行步骤iii；否则，返回步骤i；判断接近负载能力的条件是重要负荷及大负荷是否达到机组容量的90%。

其中，所述步骤iv中，若电力***频率电压稳定，则进行全网黑启动，否则进行电力***频率和电压控制，使其达到稳定或选择其他负荷重新进行判断。

其中，所述步骤v中，若最优恢复路径的电力***恢复已完成，则返回步骤ii；否则进行步骤vi。

其中，所述步骤vi中，若整个电力***最优恢复路径已完成，则输出电网恢复结果，否则，重新选择最优恢复路径。

其中，所述步骤F中，采用计算管理模块对电力***恢复辅助决策计算后得到的数据进行管理和展示；包括：恢复过程动态展示、电力***恢复分析报告导出、暂态电压波形显示、断面结果保存、考核信息统计。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的一种在线电力***恢复辅助决策方法，能够将基础信息平台获得的电力***发生大停电事故后实时电网状态或人工设定模拟的停电运行状态来作为电网初始运行状态，自动进行黑启动电源选取、关键恢复路径生成、基于最优关键路径的***恢复顺序确定，并可对计算结果进行详细查询、动态展示、报告打印。

该方法基于地区智能电网调度技术支持***（D5000），充分利用调度中心所辖设备的遥信、遥测及网络拓扑信息并与厂站自动化设备的遥控接口相结合，能够在实时模式或研究模式下进行电力***恢复方案的生成、查询与展示。可在电网发生事故后指导调度运行人员进行整个***恢复操作，或在日常进行停电事故模拟，提高调度运行人员对事故的应对能力，减轻事故发生时调度人员的心理压力与工作强度，提高电力***调度的自动化水平。

附图说明

图1是本发明提供的在线电力***恢复辅助决策结构示意图；

图2是本发明提供的初始数据读取结构示意图；

图3是本发明提供的模拟环境设置的结构示意图；

图4是本发明提供的黑启动电源选取的结构示意图；

图5是本发明提供的黑启动机组评估指标结构图；

图6是本发明提供的初始恢复路径生成的结构示意图；

图7是本发明提供的主网架恢复的结构示意图；

图8是本发明提供的计算结果管理的结构示意图；

图9是本发明提供的在线电力***恢复辅助决策方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

一种在线电力***恢复辅助决策方法，能够根据互联电力***发生停电事故的实际运行状态或人工设定的模拟停电环境，通过选取合适的黑启动电源，自动生成黑启动电源到被启动电源之间综合性能最优的路径，并由此条路径启动全电网，进而实现整个电力***的恢复。

下面对术语进行描述：

1)黑启动：整个***因故障停运后，不依赖于其他网络的帮助，通过***中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组逐渐扩大***恢复的范围，最终实现整个***的恢复的过程。

2)黑启动电源：指整个***因故障崩溃停运处于全“黑”状态时，不依赖外部电网，自身具有自启动能力的机组。黑启动电源通常选取：水电机组、燃气轮机、轻型直流输电***、新能源发电、小机组主动解列为孤岛等。

3)恢复路径：各节点（发电厂、变电站等）恢复的先后顺序。

4)可行性校验：对自动搜索生成的初始路径进行校验，删除不满足校验的路径。主要包括：自励磁校验、操作过电压校验、电压频率偏移等。

5)评估指标：对所有可行路径进行综合性能评价及排序，以便挑选出最优，及次优的可行路径。通常选取电压转换次数、路径长度、启动时间、被启动机组容量、技术校验优劣程度和被启动电源的优先等级等6个指标，其中的技术校验优劣指标是对每项技术校验结果的归一化后求和得到。

6)主网架恢复：依据生成的黑启动电源到被启动电源之间的关键路径，逐步启动***内的主力发电机组、重要变电站和部分输电线路来逐步恢复***主网架。这部分工作包含两部分：一是建立目标网架，二是确立具体的恢复顺序。

7)负荷恢复：当火电机组己经启动并具有一定的发电能力，而且也已建立较为稳定的网架之后，逐渐开始恢复负荷的阶段。负荷恢复阶段主要目标是尽快地恢复尽可能多的负荷，约束条件主要包括电压、线路、变压器的热稳定，以及***频率。

8)网络拓扑分析：依据实时设备状态分析电网设备的连接性和供电状态，并构成母线模型以支持高级应用功能和在用户界面上显示连接情况。网络拓扑分析是各种应用软件的前提，如动态着色，状态估计，潮流计算，电压无功优化，故障分析和调度员模拟培训等。电力网络拓扑分析一个重要要求就是实时性和快速性，在断路器、刀闸的位置发生变化时，能马上给出电网的拓扑分析结果，电网的拓扑着色马上改变。

本发明提供的在线电力***恢复辅助决策结构示意图如图1所示，包括电网初始化模块：通过数据采集与监视控制***SCADA实时数据或通过模拟环境设置，得到的电网初始运行状态；黑启动电源选择模块：对电网初始运行状态进行拓扑分析，选择黑启动电源；；黑启动恢复路径自动生成模块：确定从黑启动电源到选定的被启动电源之间的最优恢复路径，并恢复对电力***中主力电厂的供电，使其作为节点的启动电源；电力***恢复模块：基于最优恢复路径，对电网主框架和负荷的进行恢复；计算结果管理模块：对电力***恢复辅助决策计算后得到的数据进行管理和展示。

电网初始化模块包括：初始数据读取模块：读取电网实时运行断面数据、历史运行断面数据以及未来方式断面数据；模拟环境设置模块：在实时、历史或未来方式断面数据的基础上，对目标对象进行投切设置，获得模拟实际电网部分区域发生全停故障的状态，即黑启动恢复路径生成的电网初始运行状态。目标对象包括电网线路、母线、变压器、开关。

本发明提供一种在线电力***恢复辅助决策方法，该方法包含实时模式和研究模式，实时模式从基础信息平台获得电力***发生大停电事故后的实时电网状态，研究模式在初始数据读取的基础上人工设定模拟的停电运行状态，分别构成两种模式下的电网初始运行状态。其基本功能主要包括：对初始运行状态进行拓扑分析，利用多属性评估决策方法自动评估选取合适的黑启动电源；通过搜索算法自动搜索所有黑启动电源到被启动电源之间的合理路径；对所有的路径进行可行性校验计算，对通过各项校验的可行黑启动路径进行评估和排序，得到最优的恢复路径；在最优恢复路径的基础上，建立主网架恢复阶段的目标网架，并确定恢复到最优目标网架的路径，以尽快恢复主网架及主要负荷，扩大恢复供电的电网规模。在所有计算完成后，可以自动打印生成***恢复分析报告，并能对***恢复过程进行动态展示。

本发明提供的在线电力***恢复辅助决策方法流程图如图9所示，具体包括下述步骤：

A、读取电网初始数据；

采用初始数据读取模块读取电网初始数据。电力***恢复辅助决策的数据读取主要包括读取实时运行断面数据、读取历史运行断面数据以及读取未来方式断面数据，其功能分别如下：

实时运行断面数据：从状态估计读取当前电网模型，可用于分析统计当前电网的特殊运行方式，也可作为模拟设置的基础断面。

历史运行断面数据：从保存的历史数据事件CASE中获取电网历史运行断面数据，作为分析断面。

未来方式断面数据：读取检修计划数据，在当前实时数据断面的基础上根据检修计划、负荷预测数据设置生成未来方式数据断面，用于分析检修计划可能造成的特殊运行方式。该读取电网初始数据结构示意图如图2所示。

B、模拟环境设置；

采用模拟环境设置模块设置模拟环境。模拟环境设置是研究模式下***恢复辅助决策的一个重要子功能，是指在实时、历史或未来方式断面数据的基础上，对目标对象（线路、母线、变压器、开关）进行投切设置，以获得模拟实际电网部分区域发生全停故障的状态，即黑启动路径生成所需的初始电网运行状态。

模拟环境设置功能主要通过人机界面，以人机交互的方式实现，包括以下三种方式：

a、设定地区全停方式：根据不同用户关注的不同范围，可以通过地区列表快速选定整体区域全停或局部电网停电，如设置华中电网全停，或华中某省级电网停电。

b、主网架图设置方式：可在主网架图上对电网状态进行设置。操作方式如下：打开某级电网主网架图，鼠标左键在地理接线图上圈定停电范围，在圈定范围内的所有厂站及开关会出现在停电范围列表中，可对列表中的开关开合状态进行批量或单独的设置。

c、元件与开关列表设置方式：可对电气元件及开关的状态进行单独设置。电气设备元件的设置是对元件的投切进行选择，以表格的形式按类型列出***中所有的电气设备元件（线路、变压器、母线），可以设置所有元件的投切状态；开关元件的设置是对开关的开合状态进行设置，以表格的形式列出***中所有开关元件的开合状态，并能在表格中改变所有开关元件的开合状态。

调度运行人员在做模拟初始路径生成后，可通过基态恢复功能使电网状态快速的回复到初始状态，便于使用人员在同一初始断面上多次模拟分析计算，得到需要的结果。模拟环境设置的结构示意图如图3所示。

C、选择黑启动电源；

采用黑启动电源选择模块选择黑启动电源。对通过数据采集与监视控制***SCADA实时数据或环境模拟设置得到的电网初始运行状态进行拓扑分析，选择合理的黑启动电源。黑启动电源的选取包含两个层面内容，一是在已经包含黑启动电源的网络中选择最佳的启动机组，是一个多属性综合评估问题；二是在没有合适黑启动电源的网络中规划合理的黑启动电源位置，即对已有的机组进行改造，是一个规划问题。对于网络规模较小、黑启动电源选择较少，且用户对于***内情况较为熟悉的地区，用户可以人工设定黑启动电源。黑启动电源选取的结构示意图如图4所示。

（1）黑启动电源评估选取问题：

根据黑启动电源选取的一些基本原则，可以总结出常用黑启动评价指标，如图5所示。

根据评估指标实现黑启动评估选取；所述评估指标包括时间性指标、结构性指标、经济性指标和可靠性指标。

（一）时间性指标包括：

黑启动机组启动时间，单位为秒s；

黑启动机组的容量，单位为兆瓦MW；

最先被启动机组的电厂总容量，单位为兆瓦MW；

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次。

（二）结构性指标包括：

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次；

黑启动机组周围负荷密集度，单位为个。

（三）经济性指标包括黑启动设备全寿命周期成本，单位为万元。

（四）可靠性指标包括：黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数、黑启动电源成功开启的可靠性、被启动电源母线侧过电压倍数、黑启动初期小***频率偏离百分数和被启动电厂母线电压偏离百分数。

在黑启动初期，电力***是由启动电源、升压变压器及空载长线路组成，***中容性电流比较大，易产生黑启动电源自励磁问题，发电机的端电压及电容电流不断增大，导致发电机过电压及过电流，使得发电机的定子端部严重发热。在获得多个黑启动电源的排序之后，若该电源为电厂，还需对其技术特性-自励磁特性进行进一步校核，而若是换流站，则无需进行该项校核。当该条件不满足时，所选黑启动电源不满足不产生自励磁要求，需另选黑启动电源。

（2）黑启动电源规划问题：

在没有合适黑启动电源的网络中，应合理地规划黑启动电源的位置，对已有的机组进行改造，使其满足黑启动电源所需具备的特性。

无论什么样的机组类型，为了具备黑启动能力，发电厂的辅助发电设备以及相应的主发电设备，都需要满足一定的技术性能指标。其中，“北美电力安全委员会”提出了较具权威性的性能指标。根据这些技术性能指标，对目标电力***的各发电厂各机组的运行特性和启动特性进行分析，以确定那种类型的发电厂的那些机组适合作为黑启动电源。水电厂(包括抽水蓄能水电厂)和燃气机组因其良好的自启动能力和调节能力成为黑启动电源改造的首选电厂。如果***内部没有合适的供改造黑启动电源，与其相连接的背靠背直流输电换流站也可以作为潜在的黑启动电源。

黑启动电源规划的数学模型一般形式为：

minf(X,Y,Z)

s.t.h_i(X,Y,Z)≤a_i

g_j(X,Y,Z)≤b_j

k_m(X,Y,Z)≤d_m

Z≥0,X≥0,Y≥0①；

其中，f(X,Y,Z)是目标函数，表示使用该黑启动电源改造的总社会成本；X为机组相关变量；Y为网络相关变量；Z为影响成本的环境因素；s.t.是指约束条件；其中，h_i(X,Y,Z)表示第一个约束：为电源建设的施工约束；a_i表示场地面积限值；g_j(X,Y,Z)表示第二个约束：为机组运行约束，表示黑启动电源的启动功率不小于当前时刻消耗的机组功率；b_j表示当前时刻消耗的机组功率；k_m表示第三个约束：为时间约束，即从其启动成功到被启动机组启动成功所要经历的最长时间约束不超过限值；d_m为时间限值。

在约束中，第一个约束是电源建设的施工约束，包括场地限制等；第二个约束为机组运行约束；第三个约束时间约束，即从其启动成功到某一被启动机组启动成功所要经历的最长时间约束。在考虑这些约束的同时，还应该考虑黑启动的一些特殊约束，比如在同一个发电厂内，只能有一台机组黑启动。

通过对该模型进行优化，即可最优地选择出对哪个机组进行改造，使得社会总效益最大。通过该问题的优化，可以确定从投资及社会总效益的角度，从当前电源条件选择出最合理的黑启动电源改造对象。

D、生成黑启动恢复路径；

采用黑启动恢复路径自动生成模块生成黑启动恢复路径。恢复路径生成功能是在线电力***恢复辅助决策的一个重要功能，其主要目的是寻找从黑启动电源到选定的被启动电源之间的最优路径，并恢复对***中主力电厂的供电，使其可以作为其他重要节点的启动电源。

生成黑启动恢复路径包括下述步骤：

I、确定被启动电源，被启动电源采用容量大的火电机组。

II、选择合适的黑启动电源与被启动电源，通过初始路径搜索算法，获得从黑启动电源到目标电源的所有可行电力路径。

采用基于规则的路径自动搜索策略，自动获得相对合理，且尽可能包括最优候选路径的搜索算法。该算法综合考虑可行路径的各项指标和经验性规范，并将它们规范为相应的规则，用来指导路径的搜索，在搜索过程中舍弃明显不合理的路径及搜索方案，在尽可能包括最优路径的同时，显著提高路径搜索的速度。

该算法遵循的规则如下：

1）电压转换次数限制原则

控制黑启动过程中的电压转换次数，减少空充线路造成电压越限的可能性，保证方案的平稳实施。

2）路径长度限制原则

限制路径长度可以减小线路形成的容性负荷，进而降低放电机产生自励磁的机率。

3）厂站限制原则

黑启动过程中经过太多厂站会增加相应的恢复操作，增加方案的风险性，延长启动时间。

4）容量限定原则

被启动机组启动时所需的最小负荷应小于启动机组的出力，并且在满足这一条件的情况下，尽可能恢复大容量的机组。

5）重要负荷优先原则

尽快启动那些对国民经济有着重要影响的负荷，尽量先行启动向重要负荷供电的机组。重要负荷根据实际工况来确认。

6）时间最小原则

***的启动时间主要是有以下几部分构成的:黑启动电源的机组的启动时间、启动过程中进行线路操作的时间、被启动机组的启动时间。尽量选择自启动时间短的机组作为黑启动电源，启动方案中需要人工操作的部分也要尽量少，可能的情况下选择那些处于热备用状态的机组。

7）避免环路原则

在从启动机组到被启动机组的路径中不应该存在环路。

III、筛选出通过可行性校验的电力路径；

黑启动路径校验的目的是对搜索到的黑启动路径进行筛选，检验其是否满足各种安全约束，舍弃掉无法通过校验的路径。检验项目包括：发电机自励磁校验、低频振荡校验、工频过电压校验、操作过电压校验和电压频率稳定性校验。

IV、确定从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径，即为最优恢复路径。

对通过各项校验的所有黑启动路径进行评估和排序，选出从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径。评估指标通常选择电压转换次数、路径长度、启动时间、被启动机组容量、技术校验优劣程度和被启动电源的优先等级，其中的技术校验优劣指标是对每项技术校验结果的归一化后求和得到的，即是对发电机自励磁、工频过电压倍数、操作过电压倍数、电压偏移、频率偏移归一化之后求和而得到。

生成最优恢复路径的结构示意图如图6所示。

E、对基于最优恢复路径的电网主网架进行恢复；

采用电力***恢复模块对基于最优恢复路径的电网主网架进行恢复。主网架恢复的重点是基于最优恢复路径的整个电网主网架的恢复以及重要负荷的恢复，包括***中的重要变电站及输电线路的恢复。在恢复过程中优先启动包含重要负荷的节点，并且要保证***恢复过程中的频率电压稳定。

电力***的主网架恢复主要包含两部分内容：一是建立目标网架，二是确立具体的恢复顺序。目标网架的建立对***恢复有一定的指导意义，它可以给调度员提供一种预案，给出了***要初步恢复的一个最终状态，调度员可以根据目标网架来对***进行恢复，在实际情况中可能具体的恢复顺序不一样，但是最终都要恢复到目标网架状态。通常目标网包括本区域中主要发电厂、重要变电站和骨干线路。为维持机组运行，保持***稳定，应该带上一定的负荷，由于重要负荷的特殊性，应该尽可能多的恢复重要负荷，当只投入重要负荷不能保证***稳定时，应该适当的投入其它负荷。目标网架的建立有利于后续负荷的恢复，由于这时的网架已经基本稳定，不像恢复初期那样薄弱，而且大部分的机组都已启动，***的总的发电出力得以保障，这样可以继续启动其它机组、变电站和有关线路，尽快向邻近的高压线路供电，一旦高压线路带电后，在电压控制等条件满足的情况下，可以快速向周围未复电的地区供电，有利于加快***恢复的过程。因此，根据电网发电及负荷的平衡、运行电压和频率等情况，应尽快实施主网架的重建方案，以利于恢复主网架及主要负荷，扩大电网规模。在主网建立以后，可根据负荷恢复的情况，增进机组数量和出力，提升送电功率，恢复用电负荷，尽快建立电网的正常运行方式。

对于基于关键路径恢复局部网络（或全部）时，为了充分利用宝贵的电力资源，应首先恢复重要负荷，同时计及负荷的可控性及不可控性，使得总体恢复负荷最大，恢复过程需保持***的安全稳定运行。

主网架恢复的结构示意图如图7所示。

对基于最优恢复路径的电网主网架进行恢复包括下述步骤：

i、启动重要负荷以及大负荷；（重要负荷和大负荷都是根据实际工况来选择）

ii、判断恢复所述重要负荷及大负荷后是否接近负载能力；

所述步骤ii中，若所述恢复重要负荷及大负荷后接近负载能力，则进行步骤iii；否则，返回步骤i。

iii、调用背包优化算法，选择最优负荷；（若接近负载能力，则调用背包优化算法，确定其他负荷的恢复顺序）

背包问题（Knapsackproblem）是一种组合优化的NP完全问题。问题可以描述为：给定一组物品，每种物品都有自己的重量和价格，在限定的总重量内，如何选择，才能使物品的总价格最高。0-1背包问题是最基本的背包问题，在电力***恢复顺序优化中应用较为广泛。

0-1背包问题可以描述如下：

假设存在n件物品，第i件物品对应的价值为w_i，对应的体积为b_j，整个背包的容量为V。0-1背包问题即确定如何能在不超过背包容积的前提下，装入总价值最大的物件。

0-1背包问题的严格数学描述如下：

$\left\{\begin{array}{c}\max f(x_1,x_2,L{x}_n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{x}_i\\ s.t.\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{x}_i\≤V\\ x_i\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\}(i=\mathrm{1,2},\mathrm{Ln})\\ \end{array}\right.$

这里的x_i表示是否选择第i个物品装入背包。如果没有装入该物品，则x_i＝0，如果选择装入该物品，则x_i＝1。

0-1背包问题是一个经典的组合优化问题，其求解方法主要分为精确方法及近似方法。精确方法有分支定界法、动态规划法、经典回溯算法等，近似方法有贪婪算法、蚁群算法、遗传算法等。一般来说，精确算法不能在较短时间内求解大规模0-1背包问题，使其实用性受到限制；而近似方法只能求解问题的近似解，有时会得到质量比较低的解。

iv、启动所述最优负荷，判断电力***频率电压是否稳定；（最优负荷指通过背包算法算出的，计算对其恢复供电是否满足电力***电压频率稳定性）

所述步骤iv中，若电力***频率电压稳定，则进行全网黑启动，否则进行电力***频率和电压控制，使其达到稳定或选择其他负荷重新进行判断。

v、判断基于该最优恢复路径的电力***恢复是否完成；

所述步骤v中，若最优恢复路径的电力***恢复已完成，则返回步骤ii；否则进行步骤vi。

vi、判断整个电力***最优恢复路径是否完成。

所述步骤vi中，若整个电力***最优恢复路径已完成，则输出电网恢复结果，否则，重新选择最优恢复路径。

F、计算结果管理。

采用计算管理模块主要对***恢复辅助决策计算后得到的各项数据进行管理和展示，其主要功能为：

（1）恢复过程动态展示功能：根据自动生成的黑启动路径，对恢复过程进行动态展示。

（2）***恢复分析报告导出功能：将路径信息和各项校验结果自动归档整理，以Word文件形式导出，形成初步***恢复方案分析报告。

（3）暂态电压波形显示功能：对每条路径中各个设备投入之后的操作过电压暂态波形进行展示。

（4）断面结果保存功能：对当前时间断面的电网运行状态、模拟环境、黑启动路径进行保存，以供今后调用。

（5）考核信息统计功能：对***恢复路径计算的日、月、年可用率等信息进行统计，可按日期进行查看。

计算管理的结构示意图如图8所示。

本发明还提供了黑启动辅助决策方法的应用设计。

应用定义包括：数据库、程序和人机界面。

一）数据库：

在线电力***恢复辅助决策应用包括***数据库（各种公用的设备表）、应用计算数据库（参数表、计算结果表等）。在线电力***恢复辅助决策的计算数据库是工作数据库，是联系程序、画面、输入输出信息的桥梁，起着存放原始数据、保存计算过程记录及计算信息、输出计算结果的作用。

电力***恢复辅助决策的数据库基于智能电网调度技术支持***支撑平台，数据库主要包括以下三部分：

1．网络参数：公用表中不一定包含***恢复辅助决策所需的全部参数，只需在相应表中添加相关域即可。

——母线表（BS）

——发电机表（UN）

——变压器表（XF）

——线路表（LN）

——负荷表（LD）

——开关刀闸表（CB）

2．方案表：

——初始恢复路径方案表：存储经搜索而得到的初始方案。

——最终恢复路径方案表：存储经通过校核计算的方案。

——主网架恢复方案表：存储满足电压频率稳定的主网架恢复方案，包括重要厂站、线路、负荷等。

3．校核计算表：

——工频过电压表：存储相应开关操作之后，路径上的最大工频过电压值。

——工频过电压表：操作过电压表：存储相应开关操作之后，路径上的最大操作过电压曲线。

4．评估表：

——黑启动电源评估参数表：存储黑启动电源选取过程中用于评估计算的参数。

——黑启动电源评估结果表：存储黑启动电源选取的相对有效性次序。

——初始恢复路径评估参数表：根据校核计算通过的每一方案，提取出其相应的用于评估计算的参数。

——初始恢复路径评估结果表：存储可行方案的相对有效性次序。

二）人机界面

拉限电辅助决策计算画面的开发基于地区智能电网调度技术支持***支撑平台，用Java语言实现，包括三部分：

1．控制画面：

——主画面

——***单线图

——主网架图

2．输入数据画面：

——停电范围设置画面

——黑启动电源选取画面

——计算参数设置画面

3．输出数据：

——暂态电压波形展示画面

——***恢复过程动态展示画面

——***恢复结果查询画面

本发明提供的在线电力***恢复辅助决策方法，在线电力***恢复辅助决策包含实时模式和研究模式，实时模式从基础信息平台获得电力***发生大停电事故后的实时电网状态，研究模式在初始数据读取的基础上人工设定模拟的停电运行状态，分别构成两种模式下的电网初始运行状态。其基本功能主要包括：对初始运行状态进行拓扑分析，利用多属性评估决策方法自动评估选取合适的黑启动电源；通过搜索算法自动搜索所有黑启动电源到被启动电源之间的合理路径；对所有的路径进行可行性校验计算，对通过各项校验的可行黑启动路径进行评估和排序，得到最优的恢复路径；在最优恢复路径的基础上，建立主网架恢复阶段的目标网架，并确定恢复到最优目标网架的路径，以尽快恢复主网架及主要负荷，扩大恢复供电的电网规模。在所有计算完成后，可以自动打印生成***恢复分析报告，并能对***恢复过程进行动态展示。

应用本发明的方法开发在线电力***恢复辅助决策支持***，可在最大程度上满足智能型调度的需求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (32)

1.一种在线电力***恢复辅助决策方法，所述电力***恢复辅助决策包括实时模式和研究模式；所述实时模式是指从基础信息平台获得电力***发生大停电事故后的实时电网状态；所述研究模式是指在初始数据读取的基础上人工设定模拟的停电运行状态；

其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、读取电网初始数据；

B、模拟环境设置；

C、选择黑启动电源；

D、生成黑启动恢复路径；

E、基于最优恢复路径的对整个电网进行恢复；

F、计算结果管理。

2.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤A中，采用初始数据读取模块读取电网初始数据；所述初始数据包括实时运行断面数据、历史运行断面数据和未来方式断面数据。

3.如权利要求2所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，读取的实时运行断面数据反映实时电网模型运行状态；所述实时运行断面数据从状态估计读取实时电网模型，用于分析统计当前电网的运行方式，或作为模拟环境设置的基础断面。

4.如权利要求2所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，读取的历史运行断面数据反映历史电网模型运行状态；从保存的历史数据事件中获取电网历史运行断面数据，作为分析断面。

5.如权利要求2所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，读取的未来方式断面数据反映未来电网模型运行状态；读取检修计划数据，在当前实时数据断面的基础上根据检修计划、负荷预测数据设置生成未来方式数据断面，用于分析检修计划造成的电网运行方式。

6.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤B中，采用模拟环境设置模块对模拟环境进行设置；所述模拟环境设置包含在电网研究模式下；是指在实时、历史或未来方式断面数据的基础上，对目标对象进行投切设置，获得模拟实际电网部分区域发生全停故障的状态，即黑启动路径生成所需的初始电网运行状态。

7.如权利要求6所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述模拟环境设置通过人机界面、以人机交互的方式实现；所述模拟环境设置包括下述方式：

a、设定地区全停方式：根据不同用户关注的不同范围，通过地区列表选定整体区域全停或局部电网停电；

b、主网架图设置方式：在电网主网架图上对电网状态进行设置；

c、元件与开关列表设置方式：对电气设备元件及开关的状态进行单独设置；电气设备元件的设置是对元件的投切进行选择，以表格的形式按类型列出电力***中电气设备元件；开关元件的设置是对开关的开合状态进行设置，以表格的形式列出电力***中所有开关元件的开合状态，并在表格中改变开关元件的开合状态。

8.如权利要求7所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，在模拟环境设置初始路径生成后，通过基态恢复功能使电网状态恢复到初始状态。

9.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤C中，采用黑启动电源选择模块选择黑启动电源；所述黑启动是指电力***因故障停运后，不依赖于外部电网，通过电力***中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组扩大电力***恢复的范围，实现电力***的恢复的过程；所述黑启动电源是指电力***因故障崩溃停运处于全“黑”状态时，不依赖外部电网，自身具有自启动能力的机组；所述黑启动电源包括水电机组、燃气轮机、轻型直流输电***、新能源发电、小机组主动解列为孤岛。

10.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤C中，所述选择黑启动电源包括：

（1）黑启动电源评估选取；

（2）黑启动电源规划。

11.如权利要求10所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述（1）中，根据评估指标实现黑启动评估选取；所述评估指标包括时间性指标、结构性指标、经济性指标和可靠性指标。

12.如权利要求11所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述时间性指标包括：

黑启动机组启动时间，单位为秒s；

黑启动机组的容量，单位为兆瓦MW；

最先被启动机组的电厂总容量，单位为兆瓦MW；

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次。

13.如权利要求11所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述结构性指标包括：

黑启动机组到最先被启动机组之间的路径长度，单位为km；

黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数，单位为次；

黑启动机组周围负荷密集度，单位为个。

14.如权利要求11所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述经济性指标包括黑启动设备全寿命周期成本，单位为万元。

15.如权利要求11所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述可靠性指标包括：黑启动机组到最先被启动机组之间的一次设备操作系数、黑启动电源成功开启的可靠性、被启动电源母线侧过电压倍数、黑启动初期小***频率偏离百分数和被启动电厂母线电压偏离百分数。

16.如权利要求10-15中任一项所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，若黑启动电源为电厂，对电厂技术特性和自励磁特性进行进一步校核；若黑启动电源是换流站，则不进行自励磁特性校核；若黑启动电源产生自励磁，重新选择黑启动电源。

17.如权利要求10所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述（2）中，黑启动电源规划采用数学模型表示，所述数学模型如下：

minf(X,Y,Z)

s.t.h_i(X,Y,Z)≤a_i

g_j(X,Y,Z)≥b_j

k_m(X,Y,Z)≤d_m

Z≥0,X≥0,Y≥0①；

其中：f(X,Y,Z)是目标函数，表示使用该黑启动电源改造的总社会成本；X为机组相关变量；Y为网络相关变量；Z为影响成本的环境因素；s.t.是指约束条件；其中，h_i(X,Y,Z)表示第一个约束：为电源建设的施工约束；a_i表示场地面积限值；g_j(X,Y,Z)表示第二个约束：为机组运行约束，表示黑启动电源的启动功率不小于当前时刻消耗的机组功率；b_j表示当前时刻消耗的机组功率；k_m表示第三个约束：为时间约束，即从其启动成功到被启动机组启动成功所要经历的最长时间约束不超过限值；d_m为时间限值。

18.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤D中，采用黑启动恢复路径自动生成模块生成黑启动恢复路径；确定从黑启动电源到选定的被启动电源之间的最优恢复路径，恢复对电力***中火电厂的供电，使其作为节点的启动电源。

19.如权利要求14所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤D中，所述生成黑启动恢复路径包括下述步骤：

I、确定被启动电源；

II、采用初始路径搜索算法，获得从黑启动电源到被启动电源的可行电力路径；

III、筛选出通过可行性校验的电力路径；

IV、确定从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径，即为最优恢复路径。

20.如权利要求19所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤I中，所述被启动电源采用火电机组。

21.如权利要求19所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤II中，采用基于规则的初始路径搜索算法，获得从黑启动电源到被启动电源的可行电力路径。

22.如权利要求21所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述初始路径搜索算法遵循以下规则：

1）电压转换次数限制原则：控制黑启动过程中的电压转换次数；

2）路径长度限制原则：限制黑启动恢复路径长度；

3）厂站限制原则；

4）容量限定原则：被启动机组启动时所需的最小负荷小于启动机组的出力，并且恢复大容量的机组；

5）重要负荷优先原则；

6）时间最小原则：选择处于热备用状态的机组；

7）避免环路原则：在从启动机组到被启动机组的路径中不存在环路。

23.如权利要求19所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤III中，所述可行性校验的检验项目包括：发电机自励磁校验、低频振荡校验、工频过电压校验、操作过电压校验和电压频率稳定性校验。

24.如权利要求19所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤IV中，对通过可行性校验的所有黑启动恢复路径进行评估和排序，选出从黑启动电源到被启动电源综合性能最优的路径；评估指标选择电压转换次数、路径长度、启动时间、被启动机组容量、技术校验优劣程度和被启动电源的优先等级，其中的技术校验优劣指标是对发电机自励磁、工频过电压倍数、操作过电压倍数、电压偏移、频率偏移归一化之后求和得到。

25.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤E中，采用电力***恢复模块对基于最优恢复路径的电网进行恢复；包括电力***中的变电站及输电线路的恢复；在恢复过程中优先启动包含重要负荷的节点，并且在电力***恢复过程中频率电压稳定。

26.如权利要求21所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤E中，对基于最优恢复路径的整个电网进行恢复包括下述步骤：

i、启动重要负荷以及大负荷；

ii、判断恢复所述重要负荷及大负荷后是否接近负载能力；

iii、调用背包优化算法，选择最优负荷；

iv、启动所述最优负荷，判断电力***频率电压是否稳定；

v、判断基于该最优恢复路径的电力***恢复是否完成；

vi、判断整个电力***最优恢复路径是否完成。

27.如权利要求26所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤i中，所述重要负荷及大负荷根据实际工况定义。

28.如权利要求26所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤ii中，若所述恢复重要负荷及大负荷后接近负载能力，则进行步骤iii；否则，返回步骤i；判断接近负载能力的条件是重要负荷及大负荷是否达到机组容量的90%。

29.如权利要求26所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤iv

中，若电力***频率电压稳定，则进行全网黑启动，否则进行电力***频率和电压控制，

使其达到稳定或选择其他负荷重新进行判断。

30.如权利要求26所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤v中，若最优恢复路径的电力***恢复已完成，则返回步骤ii；否则进行步骤vi。

31.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤vi中，若整个电力***最优恢复路径已完成，则输出电网恢复结果，否则，重新选择最优恢复路径。

32.如权利要求1所述的在线电力***恢复辅助决策方法，其特征在于，所述步骤F中，采用计算管理模块对电力***恢复辅助决策计算后得到的数据进行管理和展示；包括：恢复过程动态展示、电力***恢复分析报告导出、暂态电压波形显示、断面结果保存、考核信息统计。

Images